EP1097254B1 - Procede de revetement de mousse pour la fabrication d'elements d'antennes - Google Patents

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EP1097254B1
EP1097254B1 EP99926541A EP99926541A EP1097254B1 EP 1097254 B1 EP1097254 B1 EP 1097254B1 EP 99926541 A EP99926541 A EP 99926541A EP 99926541 A EP99926541 A EP 99926541A EP 1097254 B1 EP1097254 B1 EP 1097254B1
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EP
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foam
block
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bath
graphite
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Mohamed Himdi
Jean-Pierre Daniel
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Universite de Rennes 1
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Universite de Rennes 1
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H01Q13/16—Folded slot antennas

Definitions

  • the invention relates to the field of manufacturing elements antennas. It will be noted that, in the present description, by the terms “antenna elements”, both the antennas themselves, microwave circuits (such as waveguides in particular) associated with these, the heat sinks and the housings of shielding associated with such antennas and circuits microwave.
  • antenna elements both the antennas themselves, microwave circuits (such as waveguides in particular) associated with these, the heat sinks and the housings of shielding associated with such antennas and circuits microwave.
  • the present invention particularly finds its application for the realization of antennas in three dimensions.
  • foams have been mainly used as shims or stiffening support for circuits.
  • the main objective of the present invention is to present a process which allows the easy realization of antennas in three dimensions. Such three-dimensional antennas indeed find many applications.
  • Another object of the present invention is to describe such a process which also allows the deposition of graphite layers on blocks of foam to form coatings that can be used as energy adaptation or dissipation charges residual antenna elements, such as waveguides.
  • Yet another object of the present invention is to provide such a method which can be implemented at low cost, according to a high reproducibility, and according to simple implementation steps.
  • the invention therefore proposes to dip all or part of a block of polyvinyl chloride foam in a metallization bath and a graphite bath allowing the deposition of metal and graphite on a given surface of the block.
  • Metallization baths and graphite baths which can to be used are known from the state of the art and used conventionally for metallization and the deposition of a coating of graphite on metal supports.
  • the method can be implemented on only one side of a block of foam.
  • the method according to the present invention finds all particularly its application for the realization of antennas in three dimensions. Consequently, according to a preferred variant of the invention, the method comprises a step consisting in dipping all of said block of polyvinyl chloride foam in said metallization bath and said graphite bath.
  • the soaking time of the foam block in the bath metallization and the graphite bath can be easily determined by those skilled in the art depending on the nature of the bath used. However, generally speaking, this soaking time will generally be between 10 minutes and 20 minutes.
  • the process will find everything particularly its interest for the realization of antennas in three dimensions, especially when these have a shape complex.
  • the block of foam therefore has an irregular shape incorporating at least one non-planar face.
  • this block of foam will have at least a hole and / or a slot which can, thanks to the process, be fully metallized or coated with graphite.
  • Such holes advantageously have a diameter greater than or equal to 0.2 mm.
  • the treatment bath used can either be a metallization or a graphite bath.
  • the method according to the invention can be used to carry out antenna elements having certain metallized surfaces and some graphite coated surfaces. This is why according to a interesting variant of the process, it comprises at least one step of soaking at least part of a surface of a block of foam in a metallization bath and at least one step consisting of dipping at least part of a surface of said block of foam in a graphite bath.
  • the method according to the invention includes a preliminary step of coating one or more parts of the surface of said foam block with one or more elements forming cover (s) and removing said element (s) cover (s) after said soaking step. It will thus be possible to manufacture antenna elements including certain parts will not be metallized, in particular to coat these parts not subsequently metallized of graphite.
  • the method comprises a step consisting in eliminating said layer of metal deposited on one or more several parts of the surface of said foam block. This step removal of part of the metal layer on one or more parts of the surface of the foam block can be made in also removing part of this foam block.
  • the metallization baths used will be baths containing a metal preferably chosen from the group consisting of copper, nickel, gold, silver, titanium.
  • the method comprises also at least one chemical and / or physico-chemical step of preparation of the surface condition of said block of foam aimed at improve the deposition of metal and graphite.
  • the method according to the invention comprises a subsequent step of depositing a metal by electrochemistry on the part of said block of foam previously metallized.
  • foams can be used to implement the method according to the invention from the moment it presents a pH below 7.
  • foam is made up by certain foams based on polyvinyl chloride.
  • the invention also covers any antenna element produced thanks to the process according to the invention characterized in that it consists by a block of foam of which at least part of at least one of faces is coated with a layer of metal in direct contact with said foam.
  • Said antenna element comprises at least a metallized part and at least a part coated with a layer of graphite.
  • blocks of foam different sizes and shapes have been metallized and in some cases, provided on some of their faces with graphite.
  • a foam marketed was used under the name DIVINYCELL marketed by the company Divinycell international, 18 hui des Moissons, 94263 Fresnes Cedex, France.
  • foam blocks were pre-treated aimed at preparing their surfaces for the action of a metallization.
  • the pre-treatment consisted of dipping the blocks in a degreaser (reference 813) for 4 min then in an acid bath sulfuric at 3% for 2 minutes neutralizing the degreasing product.
  • the blocks of foam were then rinsed with tap water for 2 minutes before being soaked for 3 minutes in a conditioning bath "Circuposit catalyst 3344" consisting of a colloidal tin-palladium system allowing metallization by catalysis. Blocks of foam were then rinsed with tap water for 2 min and then soaked in an accelerator bath "19H" for 2 min promoting the start of the metal depot.
  • the blocks thus prepared were soaked in a metallization bath to copper base and marketed under the trade name "CH 251" for 20 minutes depending on the case.
  • This bath is a stabilized bath at EDTA, the formulation of which makes it possible to obtain a copper deposit uniform.
  • a first rinse was carried out with water city for 3 minutes then a second rinse with distilled water for 2 min.
  • the metallized blocks were then dried in the oven for 30 min at 45 ° C.
  • the block shown in Figure 1 thus metallized has a section 1 in V and a hole 2 metallized. At the angle of the V, the metal layer deposited was removed by scraping (the use of a protective tape during metallization could also have been used) to form a feed slot 3.
  • the metallized block shown in Figure 5 constitutes an antenna patch and shows a U-shaped slot 4 and a connector coaxial feed 5.
  • the metallized block constituting a "magic t" shown in part to FIG. 4 constitutes a microwave power supply device which feeds two antennas either in phase (Sum 6 channel) or in phase opposition (Difference channel 7).
  • V shape is an example and allows improves energy absorption and therefore improves load performance.
  • foam blocks treated according to the invention may therefore have different sizes and shapes from those indicated without departing from the scope of the invention.
  • Other metallization or graphite baths may also be used.

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Description

L'invention concerne le domaine de la fabrication des éléments d'antennes. On notera que, dans la présente description, on entend par les termes "éléments d'antennes", à la fois les antennes elles-mêmes, les circuits hyperfréquences (tels que les guides d'ondes notamment) associés à celles-ci, les dissipateurs d'énergie et les boítiers de blindage associés à de telles antennes et à de tels circuits hyperfréquences.
La présente invention trouve tout particulièrement son application pour la réalisation d'antennes en trois dimensions.
Les études effectuées sur les antennes imprimées ont montré que celles-ci présentent une bande passante relativement faible (de l'ordre de 1 à 2%). Ceci est dû essentiellement à l'épaisseur faible de la couche de matériau diélectrique qui est typiquement de l'ordre du millimètre ou même moins pour les laminés classiques présentant une constante diélectrique relative de l'ordre de 2 à 3.
L'augmentation de la bande passante nécessaire pour bon nombre de systèmes de communication à débit important, peut se faire en augmentant l'épaisseur de la couche diélectrique. Cette solution n'est toutefois pas techniquement satisfaisante pour des polymères classiques, dans la mesure où une partie de l'énergie est guidée par ondes de surface, ce qui entraíne une diminution du rendement et une augmentation du poids de l'ensemble. Il a donc déjà été proposé dans l'état de la technique d'utiliser pour la réalisation des antennes une mousse de matériau synthétique alvéolaire, car un tel matériau présente une constante diélectrique qui évite les ondes de surface et qui permet à l'ensemble de rester léger. Il a également été envisagé de placer plusieurs pastilles métalliques séparées par des couches isolantes et d'augmenter ainsi la bande passante.
Toutefois, jusqu'à présent, les mousses ont été surtout utilisées comme cales d'épaisseur ou bien support de rigidification de circuits.
Par ailleurs, malgré l'intérêt présenté par l'utilisation de telles mousses pour la réalisation d'antennes, une telle utilisation est limitée aux antennes planes.
En effet, les procédés de métallisation des mousses connus dans l'état de la technique ne permettent pas la métallisation de blocs de mousse sur toutes leurs faces (métallisation en trois dimensions) surtout lorsque leurs formes sont complexes.
Ces techniques de l'art antérieur sont constituées par :
  • le dépôt des mousses sur semelles métalliques épaisses ;
  • la sérigraphie en couches épaisses ;
  • le pressage à chaud d'un film plastique tel que du polypropylène préalablement métallisé ;
  • la vaporisation à vide en couche mince.
JONES H.S.: 'Horn design saves weight without performance loss', MICROWAVES, vol. 12, no. 10, octobre 1973 décrit une antenne à cornet composée d'un bloc de mousse de polyuréthane ou de polystyrène. La surface de la mousse est métallisée avec une couche de cuivre par réduction chimique.
Le principal objectif de la présente invention est de présenter un procédé qui permette la réalisation aisée d'antennes en trois dimensions. De telles antennes en trois dimensions trouvent en effet de nombreuses applications.
Un autre objectif de la présente invention est de décrire un tel procédé qui permette également le dépôt de couches de graphite sur des blocs de mousse, afin de former des revêtements pouvant être utilisés comme charges d'adaptation ou de dissipation de l'énergie résiduelle d'éléments d'antennes, telles que des guides d'ondes.
Encore un autre objectif de la présente invention est de proposer un tel procédé qui puisse être mis en oeuvre à un coût faible, selon une grande reproductibilité, et selon des étapes de mise en oeuvre simples.
Ces différents objectifs sont atteints par le procédé selon la revendication 1 et l'élément d'antenne selon la revendication 11. Des modes préférés du procédé sont définis dans les revendications dépendantes 2 à 10.
L'invention propose donc de tremper tout ou partie d'un bloc de mousse à base de polychlorure de vinyle dans un bain de métallisation et un bain de graphite permettant le dépôt du métal et du graphite sur une surface donnée du bloc.
Les bains de métallisation et les bains de graphite pouvant être utilisés sont connus de l'état de la technique et utilisés classiquement pour la métallisation et le dépôt d'un revêtement de graphite sur des supports métalliques.
On notera que ces bains présentent un comportement basique ce qui implique la nécessité d'utiliser une mousse à base de polychlorure de vinyle alvéolaire présentant un pH inférieur à 7, donc de comportement acide, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
A ce sujet, on notera que de telles mousses sont relativement rares sur le marché.
On comprendra que le procédé pourra être mis en oeuvre sur une face seulement d'un bloc de mousse. Toutefois, comme précisé ci-dessus le procédé selon la présente invention trouve tout particulièrement son application pour la réalisation d'antennes en trois dimensions. En conséquence, selon une variante préférentielle de l'invention, le procédé comprend une étape consistant à tremper intégralement ledit bloc de mousse à base de polychlorure de vinyle dans ledit bain de métallisation et ledit bain de graphite.
Le temps de trempage du bloc de mousse dans le bain de métallisation et le bain de graphite pourra être déterminé facilement par l'homme de l'art en fonction de la nature du bain utilisé. Toutefois, d'une manière générale, ce temps de trempage sera généralement compris entre 10 minutes et 20 minutes.
Comme déjà précisé ci-dessus, le procédé trouvera tout particulièrement son intérêt pour la réalisation d'antennes en trois dimensions, notamment lorsque celles-ci présenteront une forme complexe. Selon une variante intéressante du procédé, le bloc de mousse présente donc une forme irrégulière intégrant au moins une face non plane.
Selon une autre variante, ce bloc de mousse présentera au moins un trou et/ou une fente qui pourront, grâce au procédé, être intégralement métallisés ou revêtus de graphite. De tels trous présenteront avantageusement un diamètre supérieure ou égal à 0,2 mm. Le bain de traitement utilisé pourra être soit un bain de métallisation soit un bain de graphite.
Le procédé selon l'invention pourra être utilisé pour réaliser des éléments d'antennes présentant certaines surfaces métallisées et certaines surfaces revêtues de graphite. C'est pourquoi selon une variante intéressante du procédé, celui-ci comprend au moins une étape consistant à tremper au moins une partie d'une surface d'un bloc de mousse dans un bain de métallisation et au moins une étape consistant à tremper au moins une partie d'une surface dudit bloc de mousse dans un bain de graphite.
Selon une variante du procédé, le procédé selon l'invention comprend une étape préliminaire consistant à revêtir une ou plusieurs parties de la surface dudit bloc de mousse avec un ou plusieurs éléments formant cache(s) et à retirer le ou lesdits éléments formant cache(s) après ladite étape de trempage. Il sera ainsi possible de fabriquer des éléments d'antennes dont certaines parties ne seront pas métallisées, notamment pour revêtir ces parties non métallisées ultérieurement de graphite.
Selon une autre variante, le procédé comprend une étape consistant à éliminer ladite couche de métal déposée sur une ou plusieurs parties de la surface dudit bloc de mousse. Cette étape d'élimination d'une partie de la couche de métal sur une ou plusieurs parties de la surface du bloc de mousse pourra être effectuée en enlevant également une partie de ce bloc de mousse.
Les bains de métallisation utilisés seront des bains contenant un métal préférentiellement choisi dans le groupe constitué par le cuivre, le nickel, l'or, l'argent, le titane.
Selon l'invention, le procédé comprend également au moins une étape chimique et/ou physico-chimique de préparation de l'état de surface dudit bloc de mousse visant à améliorer le dépôt de métal et de graphite.
Selon une autre variante, le procédé selon l'invention comprend une étape ultérieure de dépôt d'un métal par électrochimie sur la partie dudit bloc de mousse préalablement métallisée.
On pourra utiliser différentes mousses pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention à partir du moment où celle-ci présentera un pH inférieur à 7. Une telle mousse est constituée par certaines mousses à base de polychlorure de vinyle.
L'invention couvre également tout élément d'antenne réalisé grâce au procédé selon l'invention caractérisé en ce qu'il est constitué par un bloc de mousse dont au moins une partie d'au moins une des faces est revêtue d'une couche de métal en contact direct avec ladite mousse.
Ledit élément d'antenne comprend au moins une partie métallisée et au moins une partie revêtue d'une couche de graphite.
L'invention, ainsi que les différents avantages qu'elle présente, seront plus facilement compris grâce à la description non limitative qui va suivre d'un mon de réalisation de celle-ci, en référence aux dessins, dans lequels :
  • la figure 1 représente une vue en perspective d'une antenne 3D métallisée selon le procédé de l'invention ;
  • les figures 2 et 3 montrent les courbes d'adaptation en impédance d'une telle antenne;
  • la figure 4 montre les courbes d'adaptation en impédance d'une telle antenne ;
  • la figure 5 représente une vue en perspective d'une antenne-pastille métallisée selon le procédé de l'invention ;
  • la figure 6 montre le diagramme d'adaptation d'une telle antenne ;
  • la figure 7 montre une vue en perspective d'un "té-magique", constituant un circuit hyperfréquence, réalisé selon le procédé selon l'invention.
Selon le procédé selon l'invention, des blocs de mousses de différentes tailles et de différentes formes ont été métallisés et, dans certains cas, pourvus sur certaines de leurs faces de graphite. Dans le présent mode de réalisation, on a utilisé une mousse commercialisé sous la dénomination DIVINYCELL commercialisée par la société Divinycell international, 18 allée des Moissons, 94263 Fresnes Cedex, France.
Dans un premier temps, ces blocs de mousses ont subi un pré-traitement visant à préparer leurs surfaces à l'action d'un bain de métallisation.
Tous les produits cités dans les deux paragraphes qui suivent sont commercialissé par la société Shipley - 2 rue Pierre Josse - ZA Les Bordes -91921 EVRY Cédex 9, France)
Le pré-traitement a consisté à tremper les blocs dans un dégraissant (référence 813) pendant 4 mn puis dans un bain d'acide sulfurique à 3 % pendant 2 mn neutralisant le produit dégraissant. Les blocs de mousse ont ensuite été rinçés à l'eau de ville pendant 2 mn avant d'être trempés pendant 3 mn dans un bain conditionneur "Circuposit catalyst 3344" constitué par un système colloïdal d'étain-palladium permettant la métallisation par catalyse. Les blocs de mousse ont ensuite été rincés à l'eau de ville pendant 2 mn puis trempés dans un bain d'accélérateur "19H" pendant 2 mn favorisant le démarrage du dépôt métallique.
Après un nouveau rinçage à l'eau de ville pendant 2 mn, les blocs ainsi préparés ont été trempés dans un bain de métallisation à base de cuivre et commercialisé sous la dénomination commerciale "CH 251" pendant 20 mn selon les cas. Ce bain est un bain stabilisé à l'EDTA dont la formulation permet d'obtenir un dépôt de cuivre uniforme.
Après métallisation, un premier rinçage a été effectué à l'eau de ville pendant 3 mn puis un second rinçage à l'eau distillée pendant 2 mn. Les blocs métallisés ont ensuite été séchés à l'étuve pendant 30 mn à 45 °C.
Le bloc montré à la figure 1 ainsi métallisé présente une section 1 en V et un trou 2 métallisés. A l'angle du V, la couche de métal déposé a été enlevée par grattage (l'utilisation d'un bande protectrice pendant la métallisation aurait également pu être utilisée) pour former une fente d'alimentation 3.
Les diagrammes d'adaptation d'une telle antenne sont montrés aux figures 2 et 3 tandis que la figure 4 montre le diagramme de rayonnement d'une tel antenne dans un plan H.
Le bloc métallisé montré à la figure 5 constitue une antenne pastille et montre une fente en U d'adaptation 4 et un connecteur coaxial d'alimentation 5.
L'adaptation d'une telle antenne est montrée à la figure 6.
Le bloc métallisé constituant un "té-magique" montré en partie à la figure 4 constitue un dispositif d'alimentation hyperfréquence qui permet d'alimenter deux antennes soit en phase (voie Somme 6) soit en opposition de phase (voie Différence 7).
Afin de réaliser la charge de la voie 7, deux guides d'onde en opposition de phase, l'extrémité de la voie a d'abord été taillée suivant une forme en V puis trempée dans un bain de graphite commercialisé par la société Shipley. La forme en V est un exemple et permet d'améliore l'absorption d'énergie et donc d'améliorer les performances de la charge.
Les modes de réalisation de l'invention ici décrits ne sont en aucun cas limitatifs. Les blocs de mousses traités selon l'invention pourront donc présenter des tailles et des formes différentes de celles indiquées sans sortir du cadre de l'invention. D'autres bains de métallisation ou de graphite pourront également être utilisés.

Claims (11)

  1. Procédé de fabrication d'un élément d'antenne caractérisé en qu'il comprend :
    au moins une étape chimique et/ou physico-chimique de préparation de l'état de surface d'un bloc de mousse à base de polychlorure de vinyle visant à améliorer le dépôt de métal et de graphite sur celui-ci, ladite étape de préparation incluant une étape consistant à tremper ledit bloc dans un bain d'acide ;
    au moins une étape consistant à tremper au moins une partie d'une surface dudit bloc de mousse dans un bain de métallisation et au moins une étape consistant à tremper au moins une partie d'une surface dudit bloc de mousse dans un bain de graphite pendant un temps suffisant pour revêtir au moins une partie dudit bloc de mousse d'une couche de métal et de graphite.
  2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à tremper intégralement ledit bloc de mousse à base de polychlorure de vinyle dans ledit bain de métallisation.
  3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit temps de trempage dudit bloc de mousse dans ledit bain de métallisation et ledit bain de graphite est compris entre 10 mn et 20 mn.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit bloc de mousse présente une forme irrégulière intégrant au moins une face non plane.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ledit bloc de mousse présente au moins un trou et/ou une fente.
  6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que ledit trou présente un diamètre supérieur ou égal à 0,2 mm.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comprend une étape préliminaire consistant à revêtir une ou plusieurs parties de la surface dudit bloc de mousse avec un ou plusieurs éléments formant cache(s) et à retirer le ou lesdits éléments formant cache(s) après ladite étape de trempage.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce qu'il comprend une étape consistant à éliminer ladite couche de métal déposée sur une ou plusieurs parties de la surface dudit bloc de mousse.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que ledit métal est choisi dans le groupe constitué par le cuivre, le nickel, l'or, l'argent, le titane.
  10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'il comprend une étape ultérieure de dépôt d'un métal par électrochimie sur la partie dudit bloc de mousse préalablement métallisée.
  11. Elément d'antenne réalisé grâce au procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce qu'il comprend au moins une partie métallisée et au moins une partie revêtue d'une couche de graphite.
EP99926541A 1998-06-24 1999-06-24 Procede de revetement de mousse pour la fabrication d'elements d'antennes Expired - Lifetime EP1097254B1 (fr)

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DE (1) DE69911969T2 (fr)
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